張 琳，龔小鋼，閻 嘉，張 顯，徐 娟

(1. 北京聯合大學 特殊教育學院，北京 100075；2. 北京市盲人學校，北京 100097)

思維可視化利用圖示形象地表達人們頭腦中的概念、知識和思想等，將隱性知識顯性化、可視化，方便人們思考、理解、表達并促進交流[1]，是近年來在生活、教學、管理等領域運用較為廣泛的思維工具。觸覺凸圖也稱盲圖、盲用觸摸圖，是根據教學需求，針對視障者的特點，將平面圖形做成相應的可觸摸的突出于紙張表面的凸起圖形[2]。

視障學生特別是全盲學生在學習中多以文字為媒介，通過盲文或語音閱讀獲取信息。受到盲文制版、語音讀屏技術的限制，他們較少通過圖形、圖表及圖像等可視化方式來進行學習。針灸推拿學高等教育階段所學醫(yī)學知識的數量和復雜性大幅增加，理解和記憶的難度也在不斷增加，單純通過文本閱讀進行學習的方式顯然已經不滿足視障學生的學習需求，也不利于其臨床思維能力的形成。

北京聯合大學特殊教育學院針灸推拿學專業(yè)是我國為數不多的招收視障學生進行高等教育的專業(yè)之一。近年來，學院聚焦觸覺凸圖的相關研究，對觸覺凸圖能否促進針灸推拿學視障大學生的思維可視化開展了實踐研究。經過探索，課題組認為，借助觸覺凸圖這一技術媒介，可以有效解決視力障礙造成的“不可視”與思維可視化存在的“絕對”矛盾，觸覺凸圖的設計需遵循相關原則，觸覺凸圖可以提高視障學生對知識的理解和分析能力及臨床思維能力。

1 思維可視化是解決針灸推拿學專業(yè)視障大學生學習困難的重要方法

本科醫(yī)學教育所包含的課程知識繁雜，涉及廣泛。在臨床實踐中，面對復雜的病例，要求學生能從課堂所學中提取關鍵信息，對信息之間的規(guī)律和聯系進行探索，形成診斷治療的臨床思維能力。該能力的培養(yǎng)是醫(yī)學教育的難點，對于視障大學生來說更是困難重重。突出表現為，視障大學生常可對大段文字進行背誦，卻較少對關鍵信息點進行提煉，學習效率較慢，記憶保持時間較短，進入臨床后，很難迅速進行信息篩選和層次加工，導致臨床思路不夠清晰。

因此，我們嘗試在思維可視化理念的指導下，對高等視障針灸推拿專業(yè)學生所面臨的問題有針對性地解決。思維可視化的優(yōu)勢在于將大量的文字信息進行提煉，根據其內在聯系進行層次和交互關系劃分，再使用表格、線條、箭頭和圖像等將各種關系進行區(qū)分表達，從而將繁雜信息中的重點內容和層次邏輯進行展現。國內學者[3]認為思維可視化能在醫(yī)學教育中激發(fā)學生的學習興趣，提高學習效率，提高醫(yī)學生的評判性思維能力和創(chuàng)新思維能力[4-5]，有助于培養(yǎng)醫(yī)學生具備扎實的專業(yè)基礎知識和良好的臨床思維能力，提高教學質量[6]。

思維可視化體現了雙重編碼理論所提出的同時應用視覺和語言形式呈現信息可以增強信息的回憶與識別的觀點，其中的圖解方式可對語言的理解提供輔助和補充，降低依賴語言通道的認知負荷[7]。這種思維工具除了具備傳達事實信息、提高記憶效率和存儲時限等優(yōu)勢外，其關鍵在于改進思維模式，幫助使用者正確地重構、記憶和應用知識，特別在掌握復雜知識層次關系和思維順序上優(yōu)勢明顯。

2 觸覺凸圖是幫助視障大學生思維可視化的重要工具

對于視障大學生，特別是全盲的學生而言，“看到”是一種奢望，“可視”似乎等于不可能。但心理學認為，感覺是可以補償的，盲人的手是他們的第二雙眼。手指皮膚具有復雜的生理結構和力學特性，通過與物體接觸時產生的壓縮、拉伸等機械變形，誘發(fā)位于皮膚深層的機械刺激感受器產生相應的動作電位，將含有觸覺信息的信號傳遞到大腦皮層的初級軀體感覺皮層，經處理后再傳遞到二級軀體感覺皮層，從而對所接觸的物體進行識別。研究表明，觸覺經驗可以改變某一身體部位的軀體感覺皮質層，例如手的重復使用就會導致其皮質層的擴大。Patrick[8]研究表明，長期練習鋼琴可導致較低的空間辨別閾值，并與每日訓練時間呈線性相關。Pascual-Leone[9]則發(fā)現，當盲人缺少盲文閱讀練習時會引起皮質區(qū)域減縮。上述研究表明，視障人群通過長期反復的練習和經驗積累，可以通過觸覺對生活和學習時缺失的視覺信息進行補償。

雖然視覺通路、觸覺通路和聽覺通路在大腦皮層傳達的部位不同，但已有研究證實，盲人視皮層在閱讀盲文、觸覺和聽覺辨別等非視覺任務中被顯著激活。這也就是說，視覺皮層原先的“視覺中樞”功能發(fā)生了變化，或者說發(fā)生了跨通道重組[10]。Collignon[11]、Nadia Bolognini[12]等人的研究也認為視覺皮層可以跨模態(tài)參與觸覺空間信息的處理，聽覺皮層也可以跨模態(tài)參與觸覺空間信息的處理。

因此，以觸覺凸圖為媒介，聽覺和觸覺等多感覺模式信息可在大腦皮質中進行相關通路的調整，通過不同的初級感覺皮層之間的直接連接，或通過皮質-丘腦-皮質通路進行連接，觸覺單一模式和觸覺-視覺跨模式在工作記憶各個階段發(fā)揮作用。視障者通過大腦皮層中的跨通道重組，可以“看到”圖形的部分特征，結合聽覺獲取的信息，可以不斷形成對知識更為完整的認識，以此更可讓視障者在頭腦中形成知識的邏輯體系，促進記憶的長期保持，這也為思維可視化能夠在視障教育中應用提供了理論支持。通過觸覺識別、記憶和思維通路的形成，解決視障群體“不可視”與思維可視化之間的矛盾。

3 思維可視化視角下觸覺凸圖的設計原則

視覺的信息加工和觸覺的信息加工存在很多差異。例如：視覺看到的信息具有一目了然的整體性，可快速識別，而觸覺摸到的信息則需要在局部和整體之間不斷重組，因此識別更為緩慢。又如：視覺刺激的差別閾限小，點、線細微的差異都能很好地辨別，但是手指觸覺的差別閾限則相對要大得多。因此，以思維可視化為目的的觸覺凸圖在設計時并不是簡單地將視覺圖通過打印、熱敏、絲網印刷和光固化等形式直接轉化為凸起版本，而是要根據視障者觸覺感知的特點進行重新設計，以便使視障者能夠有效獲取與普通人通過視覺觀看圖片或其他視覺圖像所蘊含的基本相同的信息。通過總結，課題組認為觸覺凸圖的設計應主要遵循以下原則：

1)符合視障生觸覺認知習慣。視障生觸覺閱讀習慣為由上至下、由左至右，左手觸摸用于定位，右手觸摸識別主要信息內容，凸圖設計時應盡可能符合這樣的閱讀形式，如由底部向上發(fā)散分支的形式(圖1)，就不如由頂部向下發(fā)散分支的形式(圖2)更容易被視障閱讀者接受。

圖1 底部向上發(fā)散形式Fig.1 Bottom up Divergent Form

圖2 頂部向下發(fā)散形式Fig.2 Top-down Divergent Form

3)層次分明和簡潔原則。觸覺凸圖設計中應通過最簡單的文字和結構關系將各要素間的上下級以及并列關系的內部邏輯聯系在一起，表達要素間的實質關系。核心概念應清晰地體現在第一層上，然后以線段箭頭連接指向下層結構，層次分明。設計過程中各種結構關系表達的線條箭頭盡可能不交叉或反復上下指向，以免在觸摸時造成混淆，如圖3中潰瘍形成后的轉歸(虛線示意處)即調整為圖4b中的排版(虛框示意處)。為保證層次表達的清晰，可首先使用圖形插入盲文的方式進行排版(邊框可體現或不體現)，宜采用長方形邊框，不采用圓形、五角星及其他異型邊框以免影響盲文文字排版；如有需標識的過程內容應在線段中進行點旁標識，標識中的文字應使用橫向標識的方法，不可沿著線段長軸進行單字標識，盲文字符過多時，可采用標注在空白處的方法進行編輯，如圖5中橫軸所示的數值盲文難以寫下，即在橫坐標處以A、B、C、D、E、F、G進行標識，而在下方空白處進行數值關聯，從而保證盲圖整體的可讀性。

圖3 消化性潰瘍的形成機制(文字版)Fig.3 Mechanisms of Peptic Ulcer Formation (Text Version)

圖4 消化性潰瘍的形成機制(盲圖版)Fig.4 Mechanisms of Peptic Ulcer Formation (Blind Plate Version)

此外，於文苑等人認為，觸覺二維圖像識別受到圖像的幾何特征、視角與透視、視覺經驗、觸覺探索過程和訓練等方面的影響，這提示了通過設計符合視障人認知規(guī)律的觸覺凸圖，并通過習得正確的觸覺探索過程，使用者的圖像識別績效將有顯著提高[13]。這也提示我們在使用觸覺凸圖時應注意對使用者觸覺能力的培養(yǎng)。

4 應用觸覺凸圖促進針灸推拿學視障大學生思維可視化的實踐探索

在上述原則的指導下，課題組設計了思維可視化對視障大學生影響的對照研究。課題組選用了視障針灸推拿本科教學《病理學》課程中4個具有一定難度的專業(yè)知識設計了觸覺凸圖。圖的形式包含了教學中常用的模式圖、流程圖及表格形式，內容包括乙肝五項的臨床意義、流行性腦脊髓膜炎的發(fā)病機制、甲狀腺腫大的發(fā)病機制和骨折愈合過程示意圖。課題組將學院針灸推拿學專業(yè)大一、大二未進行過病理學課程學習的全盲學生分為學習能力均等的兩組，其中A組為實驗組，共14人，使用課題組提供的盲文材料以及與盲文材料匹配的觸覺圖材料，B組為對照組，共13人，僅使用盲文材料，要求兩組學生在規(guī)定時間學習之后，完成相同的測試題，記錄兩組學生的測試成績和完成測試所需的時間。為了考察觸覺凸圖的引入是否能增強學生對知識的理解和保持，一周后，在未告知第二次測驗的情況下，我們使用打亂順序的同樣測試題對學生進行測試，再次記錄兩組學生的測試成績。

學習內容中的“流行性腦脊髓膜炎的發(fā)病機制”及“甲狀腺腫大的發(fā)病機制”采用流程圖模式。以前者為例，將原文中的關鍵信息和關鍵數值，包括病原菌、傳播途徑、發(fā)病條件、發(fā)病過程及預后進行了觸覺凸圖設計(見圖6)。

圖6 流行性腦脊髓膜炎發(fā)病機制示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Pathogenesis of Epidemic Cerebrospinal Meningitis

學習內容中的“骨折愈合過程示意圖”為直觀模擬圖形式，如圖7所示，該圖可以形象地表達出在不同時期骨、血腫和骨痂之間的關系，以及骨折時期骨的外形變化，使學生對骨折過程形成形象記憶，并與各時期的主要特征及時間產生聯系，更易于知識理解和記憶保持。

圖7 骨折愈合過程示意圖Fig.7 Schematic Diagram of the Fracture Healing Process

學習內容中的“乙肝五項臨床意義”的觸摸圖為表格形式，在本段內容學習中，由于幾種抗原、抗體交叉出現，如果僅憑文字表述，很容易混淆。如圖8所示，通過乙肝五項中抗原、抗體不同的陰性和陽性表現，表達了不同的臨床意義。表格形式相對于大段文字來說，在信息的組織和強化記憶上具有明顯優(yōu)勢，這在普通學生學習中經常使用，但是受到盲文書寫、印刷的限制，這種方式以往在視障學生的學習中卻使用的極為有限，但通過新的制圖技術就可以進行快速制作，通過表格可使視障學生對所學知識進行組織和整理，從而提高學習效率。

圖8 乙肝五項說明(部分)Fig.8 Five Instructions for Hepatitis B (part)

將被試的測試成績導入spss 22.0中，進行2×2兩因素混合實驗設計的方差分析。其中因素一：測試時間為被試內因素，有兩個水平，分別為學習后的即時測試和學習一周后的延時測試；因素二：學習材料類型為被試間因素，也有兩個水平，分別為對照組(閱讀盲文組)和實驗組(閱讀盲文加盲圖組)。不同處理組合的描述統(tǒng)計分析的數據結果見表1。

表1 不同組別的測試成績Table 1 Test Results of Different Groups

方差分析的結果顯示，因素一的主效應顯著，F(1, 25)=8.514，P=0.007。因素二的主效應不顯著，F(1, 25)=0.247，P=0.624。兩個因素之間的交互作用邊緣顯著，F(1, 25)=4.015，P=0.056。通過不同組別測試成績的對比示意圖(圖9),可以看到單純閱讀盲文材料時，隨著時間的推移，受到遺忘等因素的影響，延時測驗的成績要低于即時測驗成績，但閱讀盲文+盲圖復合材料時，兩次測試的成績差異并不明顯，兩因素交互作用的趨勢在圖中一目了然，十分明顯?？梢娒D材料的加入可以幫助盲生加深對知識的理解，促進長時記憶的保持。

圖9 不同組別測試成績的對比圖Fig.9 Comparison of Test Scores of Different Groups

為了進一步考察不同類型的盲圖對視障學生的促進效應，將4篇材料兩次測試的成績相減，將計算所得的差值作為因變量，進行獨立樣本t檢驗。統(tǒng)計得出的數據見表2。

表2 不同盲圖類型的成績對比Table 2 Comparison of Results of Different Blind Map Types

從表2可知，對于材料3，即“骨折愈合過程”這一學習內容，實驗組和對照組兩次測驗的成績存在顯著差異，對照組延時測驗成績低于即時測驗成績，而實驗組的延時測驗成績優(yōu)于即時測驗成績，出現了反轉。說明相對流程圖、表格圖和直觀模擬圖通過觸覺幫助盲生在頭腦中建立可視化形象的影響更為直接，對學生的理解和記憶的保持有著更為顯著的促進作用。

實驗后，課題組還對部分受試學生進行了個別訪談，受訪學生對觸覺凸圖在教學中的應用均表示了肯定態(tài)度，認為直觀模擬圖及表格形式的盲圖對于學習內容的異同比較、形象理解學習內容方面有較好的幫助，流程圖則更有助于明晰學習內容的層次結構，以及各因素之間的組織關系等。實驗顯示，觸覺凸圖結合文字內容的學習，能幫助學生更迅速地抓取學習材料的關鍵信息，厘清層次邏輯，有助理解和記憶。由于在之前的學習中少有觸覺凸圖輔助，在此次實驗中，部分使用觸覺凸圖的同學反映在讀圖過程中耗費了過多時間，導致自己未能在規(guī)定時間內完成對所有材料的深度加工，但他們認為如果增加讀圖能力的培訓，可以縮短閱讀時間。因此，訪談中視障學生也提出，觸覺凸圖應當在教學中廣泛使用，越早使用將會對學習者思維能力的形成起到重要作用。

根據此次實驗結果，為了進一步通過觸覺凸圖對視障使用者可視化思維的促進進行研究，在下一步的實驗中，課題組將重點關注不同類型的學習內容與觸覺凸圖之間的關系研究，針灸推拿學視障大學生如何利用觸覺凸圖進行思維可視化學習，以及觸覺凸圖對視障人群思維能力所產生的影響。

5 結論及展望

思維可視化有利于對問題進行全方位和系統(tǒng)的描述與分析，明確各知識點之間的邏輯關系，有助于更深層次地理解知識，使學習者從單純“知識”的獲取向“思維”構建轉換，找到解決問題的關鍵因素或關鍵環(huán)節(jié)，對針灸推拿專業(yè)視障大學生提高學習能力以及在臨床中分析問題的能力有著重要幫助。

觸覺凸圖是實現視障者思維可視化的關鍵技術媒介，隨著觸覺凸圖制作技術的豐富和提高，教師可為視障學生提供更為豐富和恰當的觸覺凸圖，視障學生亦可自行制作某些類型的觸覺圖，如采用盲用繪圖板、盲文標識與盲文注解相結合的方式進行流程圖和表格的設計，從而實現思維模式的改進，更深層次地理解知識和技能并加以運用。

我們也有理由認為，以觸覺凸圖促進可視化思維方式的運用在教學中應盡早開展，如在視障者的學前和基礎教育階段進行，其所帶來的改變不僅僅會體現在成績提升方面，更重要的將有助于其思維能力的提升，對其發(fā)展帶來深遠的影響。